色差和畸變如何影響圖像文件-成都瑞博科技有限公司

1.色差

1.1什麼是色差

色差是由材料的透射率差異引起的。自然光由波長范圍為390到770 nm的可見光區域組成，其餘是人眼看不到的光譜。因為材料對於彩色光的不同波長具有不同的折射率，所以每種彩色光具有不同的成像位置和放大率，這導致位置發生色差。

1.2色差如何影響圖像質量

（1）由於不同波長和不同顏色的光的折射率不同，無法將目標點很好地聚焦為一個完美的圖像點，因此照片將變得模糊。

（2）此外，由於不同顏色的放大率不同，在圖像點的邊緣會出現“彩虹線”。

1.3色差如何影響3D模型

當圖像點具有“彩虹線”時，它將影響3D建模軟件以匹配同一點。對於同一物體，三種顏色的匹配可能會由於“彩虹線”而導致錯誤。當此錯誤累積足夠大時，將導致“分層”。

1.4如何消除色差

使用不同折射率和不同色散的玻璃組合可以消除色差。例如，將低折射率低色散的玻璃用作凸透鏡，將高折射率高色散的玻璃用作凹透鏡。

這種組合透鏡在中波長處具有較短的焦距，而在長波和短波射線處具有較長的焦距。通過調節透鏡的球面曲率，藍光和紅光的焦距可以完全相等，從而基本消除了色差。

二次光譜

但是不能完全消除色差。使用組合透鏡後，剩餘的色差稱為“二次光譜”。鏡頭的焦距越長，剩餘的色差就越大。因此，對於需要高精度測量的航測來說，次級頻譜是不容忽視的。

從理論上講，如果可以將光帶劃分為藍綠色和綠紅色間隔，並且將消色差技術應用於這兩個間隔，則可以基本消除二次光譜。然而，通過計算已經證明，如果對於綠光和紅光消色差，則藍光的色差變大；反之，如果色差變大，則色差增大。如果對藍光和綠光消色差，則紅光的色差會變大。看來這是一個難題，無法解決，頑固的二次光譜無法完全消除。

复消色差（APO）科技

幸運的是，理論計算已經找到了APO的方法，即找到一種特殊的光學透鏡材料，其藍光與紅光的相對色散非常低，而藍光與綠光的相對色散非常高。

螢石是一種特殊的材料，其色散非常低，部分相對色散接近許多光學玻璃。螢石的折射率較低，在水中微溶，加工性能和化學穩定性差，但是由於其出色的消色差性能，它成為一種珍貴的光學材料。

自然界中很少有可用於光學材料的純塊狀螢石，再加上它們的高價格和加工難度，螢石鏡片已成為高端鏡片的代名詞。各鏡片製造商不遺餘力地尋找螢石的替代品。氟王冠玻璃就是其中之一，AD玻璃，ED玻璃和UD玻璃就是其中的替代品。

Rainpoo斜式相機使用色散極低的ED玻璃作為相機鏡頭，使像差和畸變非常小。不僅降低了分層的可能性，而且3D模型的效果也得到了極大的改善，從而顯著提高了建築物拐角和立面的效果。

2，失真

2.1什麼是失真

鏡頭變形實際上是透視變形的總稱，即由透視引起的變形。這種失真將對攝影測量的準確性產生非常不利的影響。畢竟，攝影測量學的目的是複製而不是誇大其詞，因此要求照片應盡可能反映地面特徵的真實比例信息。

但是，由於這是透鏡的固有特性（凸透鏡會聚光而凹透鏡會聚光），因此在光學設計中表達的關係是：不能滿足消除畸變的切線條件和消除光闌昏迷的正弦條件。同時，因此畸變和光學色差不能完全消除，只能改善。

在上圖中，圖像高度和物體高度之間存在比例關係，兩者之比為放大倍數。

在理想的成像系統中，物平面和透鏡之間的距離保持固定，並且放大倍率是一定值，因此圖像和物體之間只有比例關係，完全沒有失真。

然而，在實際的成像系統中，由於主射線的球面像差隨著視場角的增加而變化，所以放大率不再是一對共軛物體的像面上的常數，即，圖像的中心與邊緣的放大倍率不一致，圖像將失去與對象的相似性。這種使圖像變形的缺陷稱為變形。

2.2失真如何影響準確性

首先，AT（空中三角剖分）的誤差會影響密集點雲的誤差，從而影響3D模型的相對誤差。因此，均方根（重投影誤差的均方根）是客觀反映最終建模精度的重要指標之一。通過檢查RMS值，可以輕鬆判斷3D模型的準確性。RMS值越小，模型的精度越高。

2.3影響鏡片變形的因素有哪些

焦距
通常，定焦鏡頭的焦距越長，畸變越小；反之則越小。焦距越短，失真越大。儘管超長焦距鏡頭（望遠鏡頭）的畸變已經很小，但實際上，為了考慮飛行高度和其他參數，航拍攝像機的鏡頭焦距不能為那麼長。例如，以下圖片是Sony 400mm遠攝鏡頭。您會看到鏡頭失真非常小，幾乎控制在0.5％以內。但是問題是，如果您使用此鏡頭以1cm的分辨率收集照片，並且飛行高度已經達到820m，那麼讓無人機在該高度飛行是完全不現實的。

鏡片加工

鏡片加工是鏡片生產過程中最複雜，最高精度的步驟，至少涉及8個過程。預處理過程包括硝酸鹽材料的桶狀折疊和懸掛式研磨，而後處理過程則採用芯包衣，粘附油墨塗佈。加工精度和加工環境直接決定了光學鏡片的最終精度。

低處理精度會對成像失真產生致命影響，直接導致鏡頭畸變，無法進行參數化或校正，這會嚴重影響3D模型的準確性。

鏡頭安裝

圖1顯示了鏡頭安裝過程中的鏡頭傾斜情況；

圖2顯示了在鏡頭安裝過程中鏡頭不是同心的；

圖3顯示正確的安裝。

在上述三種情況下，前兩種情況的安裝方法都是“錯誤”的組裝，會破壞校正後的結構，從而導致各種問題，例如模糊，屏幕不均勻和分散。因此，在加工和組裝過程中仍然需要嚴格的精度控制。

鏡頭組裝過程

鏡頭組裝過程是指整個鏡頭模塊和成像傳感器的過程。諸如方向元素的主要點的位置和相機校準參數中的切向變形之類的參數描述了由裝配誤差引起的問題。

一般而言，可以容忍的組裝誤差範圍很小（當然，組裝精度越高越好）。只要校準參數準確，就可以更準確地計算圖像失真，然後可以消除圖像失真。振動還會導致鏡頭輕微移動並導致鏡頭變形參數發生變化。這就是為什麼傳統的航拍攝像機需要經過一段時間後進行固定和重新校準的原因。

2.3 Rainpoo的斜置鏡頭

雙 高斯β 結構體

斜攝影對透鏡有許多要求，即尺寸小，重量輕，圖像失真和色差低，色彩再現性高以及分辨率高。設計鏡頭結構時，Rainpoo的鏡頭採用雙重Gauβ結構，如圖所示：
該結構分為鏡片的前部，光圈和鏡片的後部。正面和背面可能相對於膜片“對稱”。這種結構允許在前後產生的一些色差彼此抵消，因此在後期的校準和鏡頭尺寸控制方面具有很大的優勢。